製造現場の生産性の向上や、人手不足を解消してくれる機械が産業用ロボットです。産業用ロボットを導入する企業は増えており、生産性の向上などを実現しています。
本記事では産業用ロボットの基本からメリット・デメリット、導入事例などをご説明します。また、産業用ロボットの選び方もご説明していますので、ぜひ参考にしてください。
産業用ロボットとは
産業用ロボットとは、主に製造現場の生産ラインにおいて、自動化や効率化を目的として導入されるロボットです。自立歩行をする人型ロボットや、家庭用のお掃除ロボットなど多岐にわたりますが、なかでも最も多く利用されているのが産業用ロボットです。
ロボットには多くの種類がありますが、従来は明確な定義がありませんでした。2006年、経済産業省は「ロボット政策研究会報告書」で、ロボットについて「センサー、知能・制御系、駆動系の3つの要素技術を有する、知能化した機械システム」と広く定義することにしています。
産業用ロボットは、関節といえる可動軸、アームを備えたロボット本体と可動ボックス、プログラムなどの操作に使われるティーチングペンダントの3つが1セットになっています。これが産業ロボットの基本構成です。
産業ロボットは、生産ラインの多くや一部を担当するため、製造現場のオートメーション化である「ファクトリーオートメーション」を実現する目的で導入されることがあります。ファクトリーオートメーションについては、以下の記事もご覧ください。
ファクトリーオートメーションとは？基礎・メリット・事例を解説
参考：ロボット政策研究会報告書
サービスロボットとの違い
ロボットの種類としては、前述の産業ロボットのほかに「サービスロボット」があります。サービスロボットは、人々の日常生活でさまざまなサービスを提供するロボットです。
産業用ロボットとサービスロボットの違いは、人間との距離です。
産業用ロボットは工場などで、主に柵で区切られた空間で人間と離れて動作します。そのため、大きなエネルギーやパワーを発揮できて、素早く動けます。
一方のサービスロボットは、家庭や公共空間など人間と同じ空間で動作することから、安全性が重要視されます。
サービスロボットの本体には数多くのセンサーが搭載されており、状況を判断して人間と衝突しないように避けて動きます。仮に人間と衝突しても、人間に大きな被害が出ないような制御機能や、衝撃を抑えるために機体の柔らかさが求められます。
また、産業用ロボットは、自動車や建設機械の溶接・塗装、電気製品の組み立てなど、文字どおり産業面で使われています。サービスロボットの仕事は、掃除やお留守番、警備、受付などです。
ちなみに、工場などにおいて人間と同じ空間で一緒に働くように設計された「協業ロボット」という分類も存在します。人間との距離はサービスロボットと同様に近いですが、協業ロボットは工場などで人間の作業を支援するものであり、サービスロボットとは用途が異なります。
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産業用ロボットの種類
一言で産業ロボットといってもさまざまな種類があります。産業ロボットは、作業の種類や産業分野、サイズ、関節の数などによって分類されます。
ロボットの関節は「軸」と呼ばれ、関節が5つであれば「5軸」と表現します。ときには「5自由度」と呼ぶこともあります。軸の数などにも着目しながら、産業用ロボットの6つの種類をご紹介します。
垂直多関節ロボット
垂直多関節ロボットは、製造現場で最も普及している種類です。4〜7軸という多関節であることから、人間の関節の構造に近いことが特徴となります。台座の回転とアームの運動により可動域が広く、自由度の高い動きができます。
主流は6軸で、主に溶接や塗装、組み立て、搬送に使われます。汎用性の高さが魅力ですが、緻密な動きをさせるには制御が難しい点がデメリットといえます。
水平多関節ロボット
水平多関節ロボットは日本で開発されたロボットで、平面で位置が決められる2つの回転軸とアーム、上下方向は直線軸となっています。ハンド部分の向きを調節する回転軸も特徴です。
軸数は4軸構造が一般的で、搬送や組み立てに使われることが多いです。垂直多関節ロボットよりも構造がシンプルで、制御のしやすさと強度の高さがメリットになります。3次元の動きはできませんが、平面的な動きを素早く正確に行えます。
パラレルリンクロボット
パラレルリンクロボットは、2本1組で3～4対のアームが並列に配置されており、1つの先端を支持するタイプです。関節を並列に配置していることをパラレルリンク構造と呼びます。
パラレルリンク構造によりパワーの最終出力先を複数で支えることから、高速な動作が可能です。しかし、重量のあるものを扱うことが難しく、可動範囲も狭いです。それらの特徴から食品の選定と整列によく使われています。
直交ロボット
直交ロボットは、単軸のロボットをいくつか組み合わせて必要な動作を実現しています。非常にシンプルな構造であるため、誤作動が起こりにくい点が特徴です。また、低出力であることから、省エネルギーなロボットです。
直線的な動きがメインでありますが、多関節ロボットと組み合わせて用いることがあります。直交ロボットは組み立てや搬送に使われています。
双腕ロボット
双腕ロボットは、人間と一緒に作業できる協働ロボットです。人間と同程度のコンパクトなスペースに導入できて、2本の腕を使って複雑な作業ができます。そのため現在、注目度の高い産業用ロボットとなっています。
ただし、80W以上の出力になる産業ロボットは、作業員の安全確保のために柵などで隔離する必要があります。これは双腕ロボットに限った話ではありませんので、覚えておきましょう。
円筒座標ロボット
円筒座標ロボットは、回転軸と上下移動可能で伸縮可能なアームを持つロボットです。回転軸があることから360度の回転ができて、可動域の広さが特徴となります。また、上下に動くアームによって、高さが異なる場所での作業もできます。
円筒座標ロボットは主に半導体や液晶の搬送に使われています。これは搬送が反復作業で、複雑な作業がないためです。シンプルな動きがメインの産業ロボットであり、細かな作業には向いていません。
産業用ロボット導入のメリット
産業用ロボットにはさまざまな種類があり、特徴も異なります。ここでは、それらの産業用ロボットを導入することによるメリットをみていきます。
省人化や人手不足の解消
少子高齢化などの影響により、製造現場の人手不足が課題となっています。経済産業省製造産業局の「製造業における人手不足の現状および外国人材の活用について」を見ると、製造業の94％以上の企業において、人手不足が顕在化していることがわかります。
このような状況では産業用ロボットの導入が有効です。これまで人に任せていた工程を産業用ロボットに任せることで、人手不足問題の解消につながります。
参考：製造業における人手不足の現状および外国人材の活用について
生産性・品質の向上
産業用ロボットは常に一定の品質で製品を作ることができます。
人間による手作業であれば、作業者の体調などにより一定の品質やスピードで製造できないケースがありますが、産業用ロボットに任せることで品質を一定に保つことが可能です。
また、外観検査などで異常と判断される製品も少なくなり、生産性の向上にもつながります。
多品種・多工程に対応
産業用ロボットは汎用性が高いため、プログラムを書き換えることで多品種・多工程に対応できます。
これまでの産業用ロボットは品種が変わるたびに、ティーチングが手間となっていました。しかし、近年の産業用ロボットは種類により、画像処理で識別して自動で最適なプログラムを呼び出すことが可能です。
ティーチングの手間を大幅に削減できる機種もあり、さまざまな製品や工程にも対応できるようになりました。
コスト削減
産業用ロボットを活用することで生産性の向上やコストの削減が可能です。前述したように、産業用ロボットは汎用性が高いことからコストパフォーマンスに優れています。
また、品質管理や生産管理などの担当者にとっては業務負担の軽減につながり、これまで負担していた人件費の削減もできるでしょう。
技術の継承
製造業では熟練した技術を持つ職人の技術伝承が進まない課題があります。高い水準の技術を習得するには一定の期間が必要であり、技術者間においてもギャップが生じます。そのギャップを埋めるための中堅技術者が不足していることも課題といえます。
このようなケースでも産業用ロボットが活躍します。産業用ロボットなら複雑な作業を迅速に行えます。また、AIを搭載した産業用ロボットであれば、自らデータを収集して技術の習得を行うことも可能です。
産業用ロボット導入のデメリット
人手不足の解消や作業の効率化、コスト削減など、産業用ロボットの導入には多くのメリットがあります。一方でデメリットも覚えておきたいところです。産業用ロボットのデメリットを把握して、ぜひ導入に活かしてください。
イニシャルコストが大きい
産業用ロボットはランニングコストの削減効果は期待できるものの、イニシャルコストが大きい点には注意が必要です。ロボット本体だけではなく、周辺装置や安全対策費用、技術者の育成費用などがかかります。
産業用ロボットの導入は国や自治体が補助金制度を整備しているケースがあります。事前に調べて利用できる制度を検討しておきましょう。
不具合が発生する可能性
産業用ロボットとはいえ、機械であることを考えると不具合が起こる可能性はゼロではありません。あまりにも不具合が頻発するようでは、自動化の価値を見出せない結果となる可能性があります。
メンテナンスや修理に技術者が必要
産業用ロボットに不具合があった際は、技術者による修理が必要です。また、前述したようにメンテナンスや保全業務も行うことになります。メンテナンスや修理は機械に任せることが難しく、最終的には技術者が必要となります。
頻繁に不具合が起こらないようにするためには、予知保全の実施も重要です。予知保全については以下の記事もご覧ください。
産業用ロボットの導入事例
産業用ロボットのメリットやデメリットとうまく向き合いながら、産業用ロボット導入を成功させた事例が数多くあります。以下で例を3つご紹介します。
ロボットによる食品の重量検査作業とパレタイズ作業の標準化
自社ブランドやPBブランドの食品を製造するこの企業では、多品種少量生産、製品サイズが多様であることから生産工程の自動化になかなか踏み切れませんでした。しかし、10〜12kgもの製品を担当者が毎日搬入している現状から、自動化を決定しました。
同社は、ロボットが品種を確認し、品種ごとに振り分けてパレタイズできる仕組みの導入により、生産性を5倍まで伸ばしました。また、作業者の身体的な負担の軽減にも成功しました。
不規則に配置されたレトルトパウチ製品の整列作業の高速ロボット化
カレーや釜飯などのレトルト食品を中心に製造するこの企業では、さまざまな製品を扱うことから自動化が進んでいませんでしたが、人手不足への備えをきっかけに産業用ロボットを導入しました。
導入前は高速カートナーへのパウチ供給作業や、手直し作業を作業者3名で行っていましたが、導入後はロボットが製品の位置ずれや角度調整を行うことで生産性を3倍にしました。作業者は6名から2名まで減らすことができ、負荷の大きい作業の軽減に成功しています。
協働ロボットとパラレルリンクロボットを組み合わせたラベル貼付システム
石窯パンの製造をメインとするこの企業では、冷凍製品の解凍後に、消費期限ラベルの貼り付け作業を手作業で行っていました。非常に時間がかかり、非効率的な作業であることから、協働ロボットを導入しました。
ロボットがパン箱を供給してラベルを貼り付け、箱積みまで行うことで生産性が2.5倍になりました。また、不良品の流出の防止にも貢献しています。
産業用ロボットの選び方
前述のとおり、産業用ロボットにはさまざまな種類があります。そのなかで、自社に最適な産業用ロボットを選ぶことが生産性の向上などにつながります。以下で産業用ロボットの選び方をご説明します。
産業用ロボットと協働ロボットの特徴を理解
まずは産業用ロボットや協働ロボットの特徴を理解しましょう。
産業用ロボットは作業員の代わりに働きますが、協働ロボットは作業員一緒に働くためのものです。
両者は安全性やティーチング、柔軟性などで違いがあります。違いを把握して、自社に適した種類はどちらであるかを検討しましょう。
かかるコストを見極める
産業用ロボットのデメリットとして、イニシャルコストの大きさについてお伝えしました。
導入前には、本体価格、周辺機器の価格、メンテナンス費用などを総合的に考えることがポイントです。自社の予算でまかなえる機器であるか見極める必要があります。
特に人件費やメンテナンス費用などは継続的に発生します。中長期的な視点で導入にかかる費用について検討しておきましょう。
安全性
特に協働ロボットを選ぶ際は、作業者を傷つけない安全性が重要です。通常、協働ロボットにはセンサーが付いていて、人にぶつかると検知します。狭い空間でも協働できるようなロボットを選ぶことが大事です。
メーカーサポート
産業用ロボットや協働ロボットは、機械である以上、故障やトラブルに備えることが重要です。ロボット自体の精度が高くて使いやすさがあったとしても、サポート体制が不十分であれば、長期的な利用にはおすすめできません。導入するロボットのメーカーサポートの有無や、その範囲を事前に検討しましょう。
まとめ
製造現場におけるIoTやAIの活用が広がり、ファクトリーオートメーションへの動きが加速しています。
ＡＩの活用や産業用ロボットの導入など、自動化にはさまざまな事例がありますが、製品の品質維持・向上に欠かせない外観検査はその代表例です。
従来の目視検査よりも、緻密で高精度かつ高速な検査が実現できるAI外観検査の実現方法について、まとめた資料がありますので、興味がありましたらぜひご覧ください。
